雅鲁藏布江缝合带的成因

雅鲁藏布江缝合带的成因

1主要地质意义雅鲁藏布江缝合带是继印度板块和欧亚板块之后的缝合带，吸引了许多世界著名科学家的关注。这一直是国际地理研究的热点之一。关于雅鲁藏布江缝合带的形成演化已有众多的假说,大多数认为特提斯洋只发育一期俯冲,是发生在中—晚白垩世或老第三纪的陆-陆碰撞,被认为是印度板块与欧亚板块的界线。对这一地区及其邻近地区的研究,上世纪初以来先后有许多地质学家[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]进行了较系统的调查和研究,特别是1980～1982年、1985～1988年,中法、中英两次联合科学考察的一系列科研成果推动了国内对雅鲁藏布江蛇绿岩研究的热潮。他们分别对雅鲁藏布江缝合带及藏南地区的构造地质特征、高温低压变质带和各种混杂岩进行了较详细的研究,但绝大多数集中在日喀则以东地区,涉及本区的研究甚少。最近几年,中国地质调查局在原1∶100万地质调查基础上组织了1∶25万地质调查工作,在横跨雅鲁藏布江缝合带内开展大面积的地质填图工作,编制了雅鲁藏布江缝合带(仲巴—桑桑段)地质简图(图1),在缝合带内发现了许多重要的地质证据,进一步证实了缝合带内萨嘎以西分岔的存在1,这一研究具有重要的地质意义。本文根据雅鲁藏布江缝合带南北两侧及带内的地层、岩浆活动、构造变形、构造混杂岩、蛇绿混杂岩等特点分析,认为雅鲁藏布江缝合带在剧烈造山运动前已经历了两次以上开与合的运动过程,并试图探讨雅鲁藏布江缝合带的开合演化模式。2岩石学和矿物学特征特提斯喜马拉雅北带区内主要发育中生代侏罗纪—白垩纪地层,岩性特征见图2。侏罗纪地层发育有日当组、下热组、维美组,局部发生蚀变作用。地层中产有丰富的箭石、菊石、双壳等浅海相化石。白垩纪地层为甲不拉组和宗卓组,在硅质岩中盛产放射虫。区内有花岗岩及辉绿岩出露,其花岗岩为中新世的中细粒二长花岗岩,花岗岩附近的围岩蚀变十分发育,角岩化明显;而白垩纪辉绿岩脉呈带状分布,以岩墙、岩床形式产出。研究区受构造运动改造较明显,断裂构造、褶皱构造十分发育,形成的构造线为近东西方向。3地区—雅鲁藏布江缝合带的地质特征雅鲁藏布江缝合带在中国境内长达1700km以上,宽40～50km左右,为一个十分宽广的地域范围。南界与特提斯喜马拉雅北带相邻,北界与日喀则弧前盆地接壤,皆为断裂接触。带内可分为几个构造型式不同、地质特征也很不相同的亚带,自南而北分为南带、仲巴陆块、北带。3.1混杂岩的组成及岩块的时代南带的地层划分如图2所示。带内主要发育有三叠纪的穷果群和修康群、侏罗纪的达桑组、旦嘎组、白垩纪的折巴组、桑单林组等地层。带内出露大量的各种混杂岩,包括构造混杂岩、沉积滑塌混杂岩、蛇绿混杂岩,以不同规模出露在不同的构造部位。混杂岩的基质时代为三叠纪到白垩纪,岩性以泥砂质为主。其岩块可分为原地岩块和外来岩块。原地岩块大多数和基质时代相同,而外来岩块分别源于二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪等不同时代。岩块的岩性有灰岩、硅质岩、玄武岩、辉长岩,大小悬殊,大者可达平方公里级,小到平方厘米级。(1)质区混杂岩的成分主要分布在萨嘎县城以北及往西一段,基本上呈东西向分布,宽窄不一,这种混杂岩完全是构造作用的产物,没有基质与岩块之分,大小不一,成分复杂。它可能是板块俯冲时消减带上的产物,或者是从上盘刮削下来的,也可能是板块碰撞造山时挤压的结果。(2)岩块的双向分布在萨嘎县城附近及以西地区均有发现,呈大片状、团块状出现,可以见到硬的岩块呈旋斑状、透镜状,软的岩石为片状、波状,绕硬的旋转,内部基本上保持着有序的特点,具有一定的方向性排列(区内为东西向)。虽断断续续出现,但分布有规律,出露面积为1～2km2。上述现象以及带内的二叠纪灰岩岩块呈东西向线状分布反映了新特提斯洋裂开时,原始地层发生破裂,在重力滑动、地震或火山作用下,使得大陆边缘地层或岩块加入到海底沉积物中,在后期的大洋封闭、板块的俯冲碰撞期间两侧岩石和外来岩块再次带入。由此可见,带内这些混杂岩的成因与板块边缘的开、合运动是密切相关的,这些外来岩块的分布方向也反映了后期碰撞造山的受力方向。(3)岛弧质岩基本特征南带的蛇绿混杂岩除在突击拉一带大片出露早—中侏罗世的玄武质混杂岩之外,其他地区皆呈星点状出露的仍为晚三叠世到早—中侏罗世的玄武质岩块,出露面较小,一般在几百平方米。这些玄武质岩块经采样并对其岩石化学和地球化学特征进行测试,认为它们代表特提斯洋早期岛弧,洋脊构造环境残片在后期被再次混杂而保存下来。这些玄武岩既有亏损型地幔来源的洋脊型拉斑玄武岩,又有来自过渡型地幔的岛弧型拉斑玄武岩,还有富集型地幔的洋岛型碱性拉斑玄武岩,甚至可能存在印度大陆板块板内碱性玄武岩。据列定岛弧型拉斑玄武岩的K-Ar同位素年龄(157.96±32.03)Ma,推断南带存在大于190Ma的特提斯洋蛇绿岩残片。另外,研究区以西出露大面积的三叠纪到中侏罗世的蛇绿岩块,也说明南带中早就存在蛇绿岩的侵位。在南带南侧的夏如地区出露有侏罗纪似斑状花岗岩岩株。南带内褶皱构造、断裂构造十分发育,早期东西向断裂大多为控岩构造,深切地壳之下,后期发育大量的北东向、北西向断裂构造。3.2复背斜亚相结构的沉积相区内仲巴陆块为呈北西西向的楔形陆块,尖部在萨嘎处消失。它位于雅鲁藏布江缝合带中间,将南带和北带分开。该陆块在区内平均宽度为10～15km,长达百余公里,向西延伸经普兰到印度,长千余公里。陆块由古生代和中生代地层组成,地层由东向西变老。区内地层以二叠纪曲嘎组和三叠纪穷果群为主体,这些地层遭受变形变质作用,构成复式背斜,岩性特征见图2。在楔形体尖部地区,岩石的变质、变形较强,夹层中的泥质岩石已白云母化、千枚岩化,整体上为一个碳酸岩台地,为达到中低程度的区域变质岩。带内褶皱构造由一系列对称的背斜、向斜组成,轴面产状31°∠87°,枢纽产状122°∠3°。而在复背斜核部和北翼发育韧性剪切带,仅在核部发育的剪切带宽500m,为眼球状糜棱岩带,大量发育较小的眼球体。仲巴陆块内不对称褶皱、层间无根勾状褶皱以及重结晶作用十分明显,具有层间韧性剪切带的特点。在台地内发育多条断层构成的地堑式或地垒式地块。可见,仲巴陆块是一个遭受变形变质作用的碳酸岩台地。3.3地表及岩石学特征北带地层在萨嘎以东基本呈东西向延伸,以西则呈北西向,变化较大,它由三叠纪修康群构造混杂岩和晚侏罗世、早白垩世蛇绿混杂岩组成。北带内韧性剪切带十分发育,剪切带具有分带的特点,可划分为(膝折构造带)低温高压变质带、脆—韧性剪切带、韧性剪切带。该韧性剪切带在区内长300km,延伸到区外,全长大于1000km,宽1～4km不等,呈不连续状出现。张振利等通过对晚侏罗世和早白垩世蛇绿混杂岩(包括蛇绿岩带、玄武岩及硅质岩)的矿物学、岩石学和地球化学方面的研究,证明本区蛇绿岩以构造残片方式无序叠置,形成东部的斜辉橄榄岩+枕状玄武岩和中部的二辉橄榄岩+变质辉长质堆晶岩+变质席状岩床的岩石组合类型,相互间可以组成较完整的蛇绿岩系列。其低熔残余型地幔橄榄岩、洋脊岩浆活动晚期形成的堆晶岩、洋中脊拉斑玄武岩和少量基性岩床组成的蛇绿岩形成于晚侏罗世—早白垩世。通过本次研究笔者认为它们来源于地幔深度约70km的尖晶石地幔岩,以程度不同的熔离、堆晶及喷发作用,并经受高绿片岩相洋底变质作用的改造,通过板块漂移、俯(仰)冲、碰撞作用就位于现今位置。那些与蛇绿岩及其混杂岩相伴的过渡型(碱性)玄武质混杂岩、硅质岩、泥质岩形成在白垩纪。许志琴等研究认为北带的蛇绿岩应属幔内型剪切带,后期板块作用使其被拖到地表,并遭受脆性变形的改造,主要呈现极其破碎的特点,并发生了蛇纹石化、透镜体化,形成大小不等的网格状岩块并发生退变质作用,以致于野外很难采集较新鲜的块状岩石。4日喀则弧前盆地日喀则弧前盆地位于雅鲁藏布江缝合带北侧,以断层相邻,出露长度550km,宽10～50km,向区外延伸。主要发育的地层为一套白垩纪的复理石建造(图2)。其中下部为中—晚白垩世昂仁组各种砂岩、粉砂岩、页岩组成的韵律层,局部夹海底扇或水道砾岩或灰岩透镜体;上部为帕达那组和曲贝亚组的细砂岩、粉砂岩、泥岩或灰岩,产有双壳、腹足等化石;底部见厚度不等的拉马野加组的杂色砾岩、灰紫色砂岩与紫红色、灰黑色泥(页)岩构成的韵律层。日喀则弧前盆地中还发育古近纪错江顶群,出露面积为300km2。下部为砾岩、砂岩、泥岩组成的韵律层,上部为砂岩与生物碎屑灰岩互层,是浅海—滨海环境下的产物。盆地内发育大型轴向近东西向的复式向斜构造,枢纽产状280°∠5°,轴面产状10°∠80°。5岩质特征5.1砾岩的组成和成分该带分布于日喀则群复理石带与冈底斯火山—岩浆弧之间,多处呈断层接触,少数地区为角度不整合,平面上为不连续透镜状,宽度变化大,最宽达数公里,窄的为数百米,区内长达200km。磨拉石带内砾岩的成分复杂,形态各异,大小不一,大者直径为0.5m,小者小于1cm。砾石成分包括花岗岩、火山岩、蛇绿岩、灰岩、砂岩、硅质岩。砾石棱角状较多,无分选性,磨圆度差,砾石成分往往与所在地段的围岩成分相关,局部地段见砾石磨圆度较好。砾岩层中夹有分选较好的砂岩、细砂岩岩层,这与砾岩的搬运距离有关。大竹卡磨拉石带在中新世也发生过褶皱作用。5.2西向或北西西西向分布白垩纪时,在印度板块俯冲作用下,本区主动大陆边缘发生大面积的中酸性岩浆侵位,花岗岩沿缝合带呈东西向或北西西向分布,区内出露面积达5000km2。古近纪大范围的火山爆发形成中偏碱性到中酸性的林子宗群火山岩(图1),出露面积达5000～6000km2,近东西向分布于日喀则弧前盆地北侧,其他时代的地层仅零星出露。据笔者等研究,工作区的火山机构完全受北东向和北西向断裂构造控制。6雅鲁藏布江缝合带的开口和发育模式通过野外调研,以及对雅鲁藏布江缝合带内蛇绿混杂岩的岩石化学和地球化学特征的分析,初步建立了雅鲁藏布江缝合带的开合演化模式。6.1古地磁会议上的国家物质在古特提斯阶段西藏还是一片无边的大海。据1984年全国第三次古地磁会议上陈显尧等的资料,当时雅鲁藏布江以南的聂拉木地区位于南纬24°,进入早石炭世,伸展拉张作用加强,藏南吉隆地区早二叠世基龙组中夹有玄武岩层就是其证据之一。6.2晚侏罗世至晚白垩世早期的蛇绿混杂岩建造三叠纪末期,随着板块的北移,伸展作用进一步加强,使雅鲁藏布江地区二叠纪陆块被分割并裂陷,在裂陷的盆地内堆积有晚三叠世的复理石沉积及其相应的中基性火山岩。陆缘两侧形成一系列正断层并发生沉积滑塌堆积,带内修康群类复理石建造的形成被认为是此时雅鲁藏布江中次深水—深水斜坡相沉积,而作为岩块存在的洋中脊玄武岩及洋岛型玄武岩夹硅质岩代表了洋中脊和洋底的建造序列(图3中(a)),同时蛇绿岩发生了洋底变质。作为岩块或夹层存在的中侏罗世岛弧型玄武岩,以及西南段同成因的辉绿岩脉群的侵入,还有位于特提斯喜马拉雅北带的尺马墩和何林错湖的低温高压变质矿物硬绿泥石以及云母扭折现象的发现,可以推测中侏罗世南带洋底发生了第一次不强烈的双向俯冲事件(图3中(b)),此时南带内小型紧闭褶皱以及夏如附近的侏罗纪S型花岗岩体、北喜马拉雅地区中—晚侏罗世的平行不整合或微角度不整合界面的形成,都是这次双向俯冲事件在不同区域、不同构造位置的表现。由于南带双向俯冲作用,使特提斯洋脊闭合并焊接了仲巴陆块,这次焊接实质上是只碰撞而不造山。同时,由于强大的伸展作用引起地幔热流活动,使蛇绿岩发生了洋底变质的同时,也使雅鲁藏布江及其以北地区的二叠纪—三叠纪地层发生了绿片岩相区域变质作用。晚侏罗世至晚白垩世,雅鲁藏布江缝合带形成了旦嘎组、折巴组、桑单林组的浊积岩、硅质岩、泥岩建造,它代表南带洋盆开始萎缩的上覆沉积建造类型,而北带进一步伸展扩张,形成晚侏罗世至早白垩世早期的蛇绿岩建造。早白垩世洋岛型玄武岩夹硅质岩、泥岩建造是北带洋盆扩张期的建造序列(图3中(c)),同时伴有洋底变质作用的发生,使蛇绿岩发生高绿片岩相改造。穷果乡以北日喀则群与大竹卡磨拉石带之间的蛇绿混杂岩推覆体和昂仁组底部砾岩中的蛇绿岩砾石都是同期产物,是后期板块碰撞造山过程中逆冲推覆的结果。早白垩世以来,弧前盆地的日喀则群、拉马野加组砾岩的形成,雅鲁藏布江缝合带北侧的白垩纪I型、S型花岗岩的侵入(图3中(d)),都是印度板块北移、雅鲁藏布江特提斯洋盆整体萎缩、板块俯冲等一系列重大事件的表现。6.3构造混杂岩的形成时代古新世—始新世时,雅鲁藏布江缝合带以俯冲、碰撞、造山及洋盆的主体消亡为特点,林子宗群火山岩夹碎屑岩建造出现基性、中酸性岩的侵入。弧前盆地局部还存在,如错江顶群残留海相碎屑岩、泥灰岩夹碳酸盐岩建造的形成,包括南带内残留海相碎屑岩,泥岩、硅质岩建造的形成。末期洋盆彻底消亡,雅鲁藏布江缝合带南侧陆缘地区发生了大量辉绿岩脉的侵入。本区后期改造作用表现为由于板块俯冲与碰撞,造成断裂构造、褶皱构造更为发育,在萨嘎地区即南带、北带分岔交汇处形成大量的构造混杂岩,而沿北带南侧深处则形成韧性剪切带、低温高压变质带。此时,两大板块及缝合带绝大部分已组成联合陆壳,并整体褶皱隆起成准高原。6.4晚三叠世—后特提斯演化阶段在主造山期后的相对稳定阶段,本区以高原夷平和山前磨拉石建造的形成为主,大竹卡组就是它的标志。此时,由于东部泛华夏大陆向西挤压的波及,在本区,除在火山地层中形成中小型轴迹南北向的新生褶皱之外,对前期不同期次的褶皱都有垂向叠加作用,使其轴迹发生轻度的东西向的波动。大约在中新世,本区构造又出现一个相对活动时期,在南北向挤压作用下,大竹卡组和错江顶群等地层形成新的中小型的东西向向斜构造,是由最后的褶皱作用形成的,对前期构造均有叠加作用。此时断裂作用表现极为强烈,断块体仰冲、俯冲同时并进,使区内蛇绿岩和混杂岩及韧性剪切带各大地质主体定位,同时在区内多处见二长花岗岩体的侵位。雅鲁藏布江缝合带南带是由三叠纪修康群类复理石沉积地层、侏罗纪—